¿Ha sido forzado el segundo principio de la termodinámica?

Grafeno, calor ambiental y electricidad: el límite que Feynman puso​

Un profesor de física de la Universidad de Arkansas, Paul Thibado, sostiene que su dispositivo de grafeno extrae corriente eléctrica del calor del entorno, del mismo movimiento browniano que agita cualquier molécula a temperatura ambiente. Tiene patente, tiene chip prototipo y ha publicado resultados en revistas científicas. Si el mecanismo funcionase a escala útil, el aparato produciría electricidad enfriando el aire de al lado: la nevera dejaría de consumir y empezaría a generar, y la humanidad tendría una fuente limpia e ilimitada. El problema es que, según la cita de Richard Feynman que se trae al debate, esa puerta ya quedó cerrada hace décadas, y con nombre y apellidos.

Qué propone exactamente el dispositivo de grafeno​

La idea de partida es conocida: las moléculas de cualquier material vibran sin parar y ese trasiego térmico, el movimiento browniano, está ahí gratis las veinticuatro horas. Lo que se discute es si ese vaivén puede rectificarse y convertirse en una corriente aprovechable a temperatura ambiente y sin foco frío. Quien defiende el invento asegura que sí, que el grafeno permite capturar esa agitación y sacar electricidad del calor del entorno, con aplicaciones que van del chip diminuto a la instalación industrial.

Hay que separar dos cosas que la conversación mezcla todo el rato: la física del fenómeno y el marketing de la noticia. Una cosa es que un material nanoestructurado detecte microcorrientes ligadas a diferencias mínimas de temperatura y otra que estemos ante la solución definitiva al cambio climático. Entre ambas hay varios órdenes de magnitud.

La objeción de Feynman y el demonio de Maxwell​

El premio Nobel Richard Feynman dejó escrito que no se puede extraer energía del movimiento browniano para producir trabajo: hacerlo sería un móvil perpetuo de la segunda especie. El argumento enlaza con el viejo demonio de Maxwell, esa criatura imaginaria que separa moléculas rápidas de lentas y enfría una parte del recipiente sin gastar nada. La termodinámica clásica responde que el demonio necesita información, y obtenerla cuesta.

Aun así, no todo el mundo da el asunto por cerrado. Hay quien recuerda que el segundo principio es de naturaleza estadística y que, a escala atómica, la mecánica cuántica introduce comportamientos que no se entienden del todo. El dispositivo, en el fondo, se comporta como un rectificador selectivo: filtra un sentido del movimiento térmico. La discusión de si eso vulnera la segunda ley o simplemente la esquiva sigue abierta en los propios círculos físicos.

Cuánta energía sale realmente de aquí​

El dato que desinfla el asunto es la magnitud: según lo que se apunta en el debate, la potencia obtenida se mide en micovatios. Con eso no se alimenta una nevera, ni mucho menos una casa. El cálculo optimista, que también circula en el hilo, propone extrapolar la densidad de potencia a un metro cuadrado y multiplicar por miles o millones de dispositivos; frente a él, hay quien advierte de que la eficiencia de estos dispositivos cae cuando se buscan cantidades de energía respetables, quedando el resultado en una curiosidad de laboratorio.

La pregunta que planea sobre todo el asunto es sencilla: si esto produjese energía respetable, ¿por qué no hay ya fábricas montándolo en masa? No hay respuesta cerrada, y esa ausencia pesa más que cualquier comunicado.

Sistema abierto, sistema cerrado y los precedentes de 2011 y 2012​

Una de las matizaciones más sólidas que se hacen es de manual: la entropía crece en un sistema cerrado, y un chip que respira del ambiente no lo es. Fabricar todo ese grafeno ya generó cantidades ingentes de entropía antes de que el aparato hiciese nada. Lo que el dispositivo logra no es revertir el desorden, sino ordenar flujos en una dirección concreta dentro de una región pequeña del espacio.

Tampoco es la primera vez que se anuncia algo parecido. En 2011 se describieron efectos termoeléctricos y de autoenfriamiento en transistores de grafeno. En 2012 circuló la noticia de que en Hong Kong se había convertido calor ambiente en electricidad con el mismo material. Los antecedentes existen; la novedad está en llevarlo a un chip con patente.

¿Es esto un efecto Peltier más eficiente?​

Probablemente no, o al menos no de momento. Según el paralelismo que se traza en el hilo, un dispositivo Peltier genera corriente a partir de una diferencia térmica, solo que exige un salto de temperatura apreciable para arrancar y luego consume mucha energía cuando se usa al revés, para enfriar. La ventaja del efecto Peltier es otra: permite temperaturas exactas y es muy compacto.

La comparación trae a colación un ejemplo doméstico que suele citarse para rebajar el humo: existe desde hace siglos un cacharro que enfría líquidos sin enchufarlo a nada, aprovechando la evaporación. Se llama botijo. Nadie lo presenta como una violación de la termodinámica y, sin embargo, enfría.

El análisis se atasca exactamente aquí. Con microvatios en la mano, la extrapolación a escala industrial es un salto de fe, no un cálculo. Y mientras nadie publique la hoja completa de pérdidas y rendimientos, la central térmica sigue en pie.